基于通訊規約上的變電站自動化建設與實現

Substation Automation Construction and Implementation Based on Communication Protocol

JIANG Nan

摘要：隨著社會的發展和進步，現階段科學技術也在不斷的創新和完善，電力電子技術與自動化技術等越來越多技術開始作用于社會生活和工作中，改善了社會生活質量和社會生活體驗。在這當中，社會生活和生產對于電力的需求越來越多，由此使得電力系統的結構也更復雜，從而在當電網容量不斷擴大的同時，電網的信息傳輸量也在不斷增加，所以需要對電網中變電站系統進行完善和改造，體現出變電站自動化系統的優勢，以此研究基于通訊規約的變電站自動化系統的建設與實現。

Abstract： With the development and progress of society， science and technology are constantly innovating and perfecting at this stage. More and more technologies such as power electronics technology and automation technology are beginning to be used in social life and work， improving the social life quality and social life experience. The demand for electricity in social life and production is increasing， which makes the structure of the power system more complicated. Therefore， while the capacity of the power grid is continuously expanding， the information transmission capacity of the power grid is also increasing， so it is necessary to improve and transform the substation system in the power grid to reflect the advantages of the substation automation system， and studies the construction and implementation of the substation automation system based on the communication protocol.

關鍵詞：通訊規約;電力監控系統;電力綜控系統

Key words： communication protocol;power monitoring system;power comprehensive control system

中圖分類號：TM734? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）32-0213-02

1? 通訊規約在變電站自動化系統中的重要作用

目前由于變電站所采用的通訊規約在標準方面不夠統一，原因在于各個不同的供應商有其獨自的產品通信協議，以此使得不同變電站所采用的產品供應商不同，相應的通訊規約也會不同。所以現階段為了能夠快速的傳遞信息、收集和處理需求，實現變電站與遠方終端和用戶之間的聯系，也為了能夠盡快與國際接軌，在未來采用一種或者幾種通訊規約，是能夠促進我國電力企業健康穩定發展、促進變電站自動化系統功能完善的基礎。

對于變電站的自動化系統來說，要想使得變電站系統實現自動化，并且使得主機、終端設備以及各個工作站和工程師站等實現有效且高效的聯系，就要遵循一定的通訊規約，通訊規約是整個變電站實現自動化的基礎和核心技術，從而若是沒有既定的通訊規約，變電站的自動化系統在進行通信時，就會出現信息傳遞的紊亂以及通信網絡的癱瘓，所以為了保障變電站的自動化系統穩定運行，必須要采用合適的通訊規約，從而最大程度上降低通信故障造成的損失。

2? 通訊規約選擇的方案實現

2.1 站控層-間隔層解決方案

解決方案建議選擇“漸進式柔性改造”的實現形式。首先，對于硬件的設置，保持原來的后臺監控系統不變，在此基礎上增添基于X86的硬件平臺。使用Linux系統作為監控系統;其次，對于軟件方面，在間隔層的測控和保護不斷改進過程中，將由IEC61850規約代替原有的NET103規約。而對于暫時無法進行過渡的間隔層的設備，可以選擇使用原有的通訊規約。并且也可以選擇增加總控轉換協議進行過渡。以此實現整體的過渡。如圖1所示為站控層-間隔層規約改造方案。

2.2 站端-調度端解決方案

對于解決方案的設定選擇在原運動屏柜內部對現場形式的配線，以此使用新的總控裝置代替原有舊的總控裝置。最終舊的總控裝置會退出運行。具體的，是將NSC330代替NSC200。前者是基于一種實時操作系統和嵌入式的操作平臺，并結合兩路一百兆網口，將其接入到站控層的網絡當中，進行全站數據的采集和處理，其能夠實現四路一百兆網口的以太網規約調度通訊需求，并且最大支持網絡端口IEC104的16個端口連接數量。

這當中NSC330型的運動裝置一方面在功能實現當中能夠替代原有的設備;另一方面更能夠在性能和支持的網口數量方面滿足實際的需求。

3? 基于通訊規約上的變電站自動化建設

3.1 變電站自動化系統IEC 61850通訊規約

3.1.1 面向設備、面向對象建模

此項通訊規約的標準使用直接面向對象建模的技術，以此對客戶/服務器模型進行了定義，如圖2所示。這當中，IED內部包含一個或者多個服務器，并且所包含的服務器內部又有一個或者多個邏輯設備。在包含的邏輯設備當中，邏輯設備會有相應的邏輯節點，因此此項通訊規約體系能夠對應用功能進行分解，以此使得最小的實體邏輯節點能夠用作通信。再根據不同邏輯節點的不同功能，每個邏輯節點由特殊屬性的數據構成。由此數據和相應的數據屬性會通過特定的服務器進行信息的交換。

3.1.2 使用分層、分布體系

對于變電站內部的信息分層概念進行了提出，從而無論是對于物理方面還是邏輯方面的概念理解，都將變電站的通信體系進行三個層次的劃分。主要為：變電站層、間隔層和過程層。并以此將層次之間的通信接口進行定義。

3.1.3 面向應用開放的完善的自我描述

具體的技術標準采用的是面向對象的數據自我描述，從而借助這種技術的實現方法，在相應的系統數據庫之內就能夠對數據進行自我描述，之后接收方接收到相應的數據時，數據本身就會帶有一定的說明，因此無需再對數據進行轉換，最終能夠直接建立相應的數據庫，簡化現場驗收工作量、減少數據庫維護工作量。

3.1.4 使用抽象通信服務接口（ACSI）、特殊通信服務映射SCSM技術

對于TCP/IP和OSI現場總線等各種通信系統已經建立，考慮到網絡應用層協議當中的ACSI相對獨立，因此其與所采用的網絡無關。進而此項通訊協議標準使用了SCSM特殊通信服務映射技術，由此此項技術能夠根據對象的不同和相應參數以及服務等，提供相應的技術支持，幫助實現系統的實際需求。

3.1.5 使用XML的配置技術

用來描述對于通訊有關的智能電子裝置的參數和配置、開關間隔以及通信系統配置的IEC61850，即substation configuration language（變電站配置語言SCL）。其是借助可擴展標記語言ex-tented markup language，（XML）為基礎的。

3.1.6 互操作性

作為互換性的基礎和前提條件，對于不同廠家所提供的IED智能裝置之間的信息交換，在IEC61850中能夠實現協同操作的需求。

3.2 基于IEC 61850的變電站功能和IED模型的建?；A

在進行相應的建模過程中，首先是明確裝置所能夠實現的具體功能，以此在熟悉和了解其原理的基礎上，對主要的功能進行完整的表述，以此再對設備的通信要求進行提出，具體結合標準中對系統具體功能和節點分類的要求不同，選擇相應的數據標準，這當中對于數據標準中沒有的項目和標準，可以通過自定義的方式對節點進行選擇。之后標準數據對象類選擇完成之后，就可以以這些類為模板，建立所需要的實例，實例當中包含具體的系統邏輯設備和邏輯節點。這就能夠正確表示多種數據的對象，在當抽象數據的屬性得到定義之后，最終的公共數據就會由數據屬性的序列和數據屬性組成。

為了滿足上述要求和具體的規定，使得功能能夠實現自由分布，就要將其分為主要的節點，以邏輯方式進行控制，最終使得相應的邏輯節點能夠分布在一個或者多個物理裝置當中。這當中需要考慮的問題是，要建立一個特殊的邏輯節點，原因在于某些參數只與物理裝置本身具有的屬性有關，對于其他功能并未涉及。其中，LN代表一個設備，LLN0具有多種功能，因此對于當前的功能和后期的功能定義，IEC61850標準不會對其進行滿足，所以考慮于此，要做到功能的可拓展，并做好標準化和詳盡描述。從而LN之間具有非常重要的交互作用。

4? 總結

隨著計算機技術以及電力電子技術等的發展，現階段社會電網的結構更加復雜多樣，所具有的功能也更多，從而能夠進行傳輸的信息量也更多。但隨著需求的增大，就更需要電網以及相應的變電站保障功能的完整性和滿足更多的需求。以此對于自動化系統的功能實現和通信過程提出更多更具體的規定，使得通訊規約技術可以作用在變電站自動化系統的基礎通信過程和更高運行要求當中。從而通訊規約作為變電站自動化系統的重要保障，是目前變電站穩定運行的基礎和前提。

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作者簡介：姜南（1981-），男，江蘇南京人，碩士研究生，電力工程師，研究方向為電力自動化。